第四章蒸馏.pptVIP

第六节 恒沸蒸馏与萃取精馏 具有恒沸点或相对挥发度接近1的物系，不宜采用普通精馏方法分离。 方法一：采用萃取、吸附以及膜分离等其它分离方法。 方法二：采用特殊精馏，添加第三组分，提高原溶液各组分间的相对挥发度，使难以用精馏分离的物系变得易于分离。 根据第三组分性质和作用不同，特殊精馏可分为恒沸精馏和萃取精馏。第三组分使物系组分数增加，操作流程更复杂，一般不再是单塔操作。为了回收第三组分，采用特殊精馏与普通精馏或液-液萃取联合流程。 恒沸精馏 第三组分与原溶液中的一个组分形成恒沸物，原有组分间的相对挥发度增大，使该溶液能用一般精馏方法分离。第三组分称为恒沸剂或挟带剂。 恒沸精馏中合适挟带剂的选用： （1）恒沸物恒沸点与溶液中纯组分沸点有相当差值，一般不小于10℃。 （2）恒沸物易分离，以便回收挟带剂，挟带剂含量越少操作费用越省。 （3）热稳定性、腐蚀性、毒性、价格等因素。 工业酒精恒沸精馏 工业酒精恒沸精馏（用苯作恒沸剂）制取无水酒精。乙醇-水二元恒沸物（恒沸点78.15℃，乙醇摩尔分率为0.894） 萃取精馏 萃取精馏也是向原料液中加入第三组分，称为萃取剂。加入的萃取剂一般沸点较高、且不与原溶液中任一组分形成恒沸物，仅仅是改变原有组分的相对挥发度而实现精馏分离。萃取精馏，从塔顶可得一个纯组分，萃取剂与另一组分从塔底排出。萃取剂的选择是过程的关键。 萃取剂应具备： （1）选择性好，加入少量萃取剂能使溶液相对挥发度显著提高； （2）挥发性小且不与原组分起反应，便于分离回收; （3）安全，无毒，无腐蚀，热稳定性好以及价格便宜等 苯-环乙烷溶液的萃取分离 苯沸点 80.1℃，环乙烷沸点为 80.73℃，其相对挥发度为 0.98，苯-环乙烷溶液难于用普通精馏分离。若在该溶液中加入沸点较高的糠醛（沸点161.7℃），则溶液的相对挥发度发生显著的变化。 塔板流动状态 气液两相接触状态 由图可见精馏段操作线和提馏 段操作线相交于点d。 应当指出的是，提馏段内液体摩尔流量L’不仅与精馏段液体摩尔流量L的大小有关，而且它还受进料量及进料热状况的影响。 四、理论板数的确定 1、逐板计算法 若进料为饱和液体， 塔顶为全凝器。 精馏段理论塔板数为n-1块， 提馏段理论塔板数为m-1块。 2、图解法 五、进料热状态 在生产中，加入精馏塔中的原料可能有以下五种热状态： 冷液体进料：原料液温度低于泡点的冷液体。 饱和液体进料：原料液温度为泡点的饱和液体,又称泡点 进料。 汽液混合物进料：原料温度介于泡点和露点之间的汽液 混合物。 饱和蒸汽进料：原料温度为露点的饱和蒸汽,又称露点进料。 过热蒸汽进料：原料温度高于露点的过热蒸汽。 进料热状态不同，影响精馏段和提馏段的液体流量 L 与 L’ 间的关系以及上升蒸汽 V 与 V’ 之间的关系。 下图定性地表示在不同进料热状态下对进料板上、下各股流量的影响。 六、回流比的影响与选择 回流比R是精馏过程的设计和操作的重要参数。R直接影响精馏塔的分离能力和系统的能耗，同时也影响设备的结构尺寸。 当回流比增大时精馏段操作线斜率R/ R+1 增大，则精馏段操作线远离平衡线，使得精馏塔内各板传质推动力增大，使各板分离能力提高，为此，完成相同分离要求，所需理论板数将会减少；然而由于R的增加导致塔内气、液两相流量增加，从而引起冷凝器、再沸器负荷提高，从而使精馏过程能耗增加；另外气相流量V及V‘将影响塔径的设计；需要的理论板数N的减少，可降低塔的高度。 回流比对理论塔板数的影响 （一）最小回流比Rmin 随着回流比R的减小，则精馏过程的能耗下降，塔径D也回随之减小。但因R减小，使操作线交点向平衡线移动，导致过程传质推动力减小，使得完成相同的分离要求所需理论板数N随之增加，使塔增高。如图所示。 当回流比继续减小，使两操作线交点落在平衡曲线上，如图中E点所示。此时完成规定分离求要所需理论板数为∞。此工况下的回流比为该设计条件下的最小回流比Rmin。 式中： xe－平衡曲线上E点液相摩尔分数； ye－平衡曲线上E点气相摩尔分数。 二）回流比的选择 精馏总成本最低的回流比为最优回流比。总成本为投资费用和操作费用之和。而回流比变化对精馏同时存在正、负两方面的影响，如回流比为Rmin，其塔为无穷高，投资费用直线上升为无穷大。 当R适当提高时，投资费用很快下降为有限大小，总成本下降。当回流比继续增大时，则能耗随之增大，则操作费用迅速增大，R增到一定程度，设备费用开始升高，如塔径增大等，将使总成本开始上升。为此，回流比存在一优化的问题。 图中操作费用和投资费 用之和最小的回流比为最适 宜的回流比。这一回流比R 通常选最小回流比倍数经验 范围：大多数文献建议 R 1.1～2.0Rmin。 实际应用中回流比的 选取还应考